一种可持续的路网养护优化方法技术

涉及一种可持续的路网养护优化方法，包括如下步骤：步骤1：调查区域内所有道路运营年限及每公里的路面性能指数，调查区域内所采用的道路主要养护维修措施、费用、预计使用寿命、所消耗的能量及产生的温室气体排放。步骤2：保证路段每年的平均性能不降低，构建路面运营优化函数，使养护费用最低。步骤3：构建路面性能优化函数，通过实施养护维修措施，在不超过设定的预算前提下，使所有路段每年的路面性能不低于要求值并使平均值达到最大化。步骤4：保持总养护费用不增加，构建环境影响优化函数，使养护和维修路面所产生的能源使用和温室气体排放最低。优化路面使用性能并减少能耗和温室气体排放量。属于公路养护规划技术与管理领域。

【技术实现步骤摘要】
一种可持续的路网养护优化方法
本专利技术属于公路养护规划技术与管理领域范畴，具体涉及一种可持续的路网养护优化方法。
技术介绍
随着公路交通基础设施建设的不断完善，公路里程数量迅速增加，路面各种缺陷和损坏越来越严重，路面养护工作也越来越重要。如何分配和使用有限资金，使路网保持在一个较好的路面性能和服务水平，一直是各大管理部门和研究工作者关注的热点。作为区域公路主管部门，需要确定规划期内整个路网的养护计划，最大限度地满足人民出行需求。这就需要在有限地养护资金条件下，通过不同方案之间的决策比较，使其经济社会效益最优，进而使路网达到最佳服务水平。在区域道路养护管理中，一个具体的路段或路网，从较长的分析期看，针对路面的具体技术状况，可以采取若干种不同的养护维修措施，每种养护维修措施对道路的改善效果、需要的费用、能源消耗和温室气体排放是不同的，在下一个分析期，路面状况与上一阶段采用的修复方式相关联，同时这一时期，又可采用不同的养护维修措施，不同养护维修措施对路面的改善效果又将与以后各阶段相关。因此路网的养护规划需要具有可持续性，这种可持续包括路面技术状况、资金、环境等各个方面。因此，有必要开发一种可持续的路网养护优化方法，实现区域路网发展的可持续性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种可持续的路网养护优化方法，在未来一定时间的养护期内，通过合理安排养护维修措施实施时机、位置及实施规模，使路网总体性能最优、资金最省，而排放及能耗造成的环境影响最小。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可持续的路网养护优化方法，包括如下步骤：步骤1：调查区域内所有道路运营年限及每公里的路面性能指数，调查区域内所采用的道路主要养护维修措施、费用、预计使用寿命、所消耗的能量及产生的温室气体排放；步骤2：保证路段每年的平均性能不降低，构建路面运营优化函数，使养护费用最低；步骤3：构建路面性能优化函数，通过实施养护维修措施，在不超过设定的预算前提下，使所有路段每年的路面性能不低于要求值并使平均值达到最大化；步骤4：保持总养护费用不增加，构建环境影响优化函数，使养护和维修路面所产生的能源使用和温室气体排放最低。步骤1中路面性能指数包括，路面使用性能指数(PQI)、路面损坏状况指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)、路面车辙深度指数(RDI)、路面抗滑性能指数(SRI)及路面结构强度指数(PSSI)中的一个或多个指标。养护维修措施包括：灌缝、雾封层、碎石封层、微表处、薄层罩面、大修和改建。路面运营优化函数为：约束条件：式中，Ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；Qi,t、Qi,t-1—在时间t和时间t-1，第i条路的路面性能指数；Li—第i条路段长度；Z—养护费用；N—路段总数；T—分析期年数；J—养护方案总数。路面性能优化函数为：约束条件：QL≤Qi,t≤100式中，QL—路面性能指数最低限值；Bt—第t年的养护费用限值；Ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；Qi,t—在时间t，第i条路的路面性能指数；Li—第i条路段长度；Z—养护费用；N—路段总数；T—分析期年数；J—养护方案总数。路面环境影响优化函数为：约束条件：QL≤Qi,t≤100式中，α、β—表征能源和温室气体排放维度差异的系数；Li—第i条路段长度；Et,j—在时间t采用处治措施j所消耗的能量；Gt,j—在时间t采用处治措施j所排放的温室气体量；N—路段总数；T—分析期年数；J—养护方案总数；Bt—第t年的养护费用限值。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：本专利技术的一种可持续的路网养护优化方法，在保持年度养护预算不增加的前提下，优化了路面使用性能并大大减少了能源使用量和温室气体排放量。通过使用本专利技术提供的方法，在管理道路网时，对经济和环境因素之间作短期与长期的权衡，通过适当降低路况服务水平目标，可能会在环境影响方面大幅度增加，对路网的可持续发展将产生积极影响。附图说明图1为年度养护费用分布图。图2为环境影响优化后年度养护工作量分布图。具体实施方式下面来对本专利技术做进一步详细的说明。一种可持续的路网养护优化方法，实施步骤包括：(1)调查路面基本数据本实施例以某区域路网包含3000车道公里道路为例，统计了3000车道公里的路面损坏状况指数PCI，PCI平均值为80.3，路面损坏状况指数逐年衰变符合S型曲线分布(式1)。路面设计寿命15年，作为本实施例的分析期。采用的主要养护维修措施包括微表处、碎石封层、薄层罩面、铣刨重铺面层和改建，各养护维修措施的预计使用寿命、所消耗的能源及产生的温室气体排放如表1所示。表1养护维修措施基本性能数据PCI—路面损坏状况指数；t—路龄(以年计)；β、k—模型回归参数，β＝2.94，k＝-0.12。(2)保证路段每年的平均性能不降低和总养护费用不增加，构建路面运营优化函数(式2)，使养护费用最低。通过计算15年期的总养护费用3.62亿元。约束条件：式中，Ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；Qi,t、Qi,t-1—在时间t和时间t-1，第i条路的路面性能指数；Z—养护费用；N—路段总数；T—分析期年数；J—养护方案总数。Li—第i条路段长度。(3)构建路面性能优化函数(式3)，通过实施养护维修措施，在不超过设定的预算前提下，使所有路段每年的路面性能不低于要求值并使平均值达到最大化；通过计算15年期的总养护费用3.59亿元，年度养护费用如图1所示。约束条件：QL≤Qi,t≤100式中，QL—路面性能指数最低限值；Bt—第t年的养护费用限值；Ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；Qi,t—在时间t，第i条路的路面性能指数；Li—第i条路段长度；Z—养护费用；N—路段总数；T—分析期年数；J—养护方案总数。(4)保持总养护费用不增加，构建环境影响优化函数(式4)，使养护和维修路面所产生的能源使用和温室气体排放最低。通过计算15年期的总养护费用3.486亿元，年度养护费用如图1所示。约束条件：QL≤Qi,t≤100式中，α、β—表征能源和温室气体排放维度差异的系数；Li—第i条路段长度；Et,j—在时间t采用处治措施j所消耗的能量；Gt,j—在时间t采用处治措施j所排放的温室气体量；Z—养护费用；N—路段总数；T—分析期年数；J—养护方案总数；Bt—第t年的养护费用限值。通过计算，与直接采用养护措施相比，环境影响优化后能源消耗减少8％，温室气体排放减少9％，具备一定的节能减排效果，而使路网具有可持续发展性。本专利技术不局限上述实施方式，本领域技术人员可据此做出多种变化，但任何与本专利技术等同或类似变化应涵盖在本专利技术权利要求范围内。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可持续的路网养护优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：调查区域内所有道路运营年限及每公里的路面性能指数，调查区域内所采用的道路主要养护维修措施、费用、预计使用寿命、所消耗的能量及产生的温室气体排放；步骤2：保证路段每年的平均性能不降低，构建路面运营优化函数，使养护费用最低；步骤3：构建路面性能优化函数，通过实施养护维修措施，在不超过设定的预算前提下，使所有路段每年的路面性能不低于要求值并使平均值达到最大化；步骤4：保持总养护费用不增加，构建环境影响优化函数，使养护和维修路面所产生的能源使用和温室气体排放最低。

【技术特征摘要】
1.一种可持续的路网养护优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：调查区域内所有道路运营年限及每公里的路面性能指数，调查区域内所采用的道路主要养护维修措施、费用、预计使用寿命、所消耗的能量及产生的温室气体排放；步骤2：保证路段每年的平均性能不降低，构建路面运营优化函数，使养护费用最低；步骤3：构建路面性能优化函数，通过实施养护维修措施，在不超过设定的预算前提下，使所有路段每年的路面性能不低于要求值并使平均值达到最大化；步骤4：保持总养护费用不增加，构建环境影响优化函数，使养护和维修路面所产生的能源使用和温室气体排放最低。2.根据权利要求1所述的一种可持续的路网养护优化方法，其特征在于：步骤1中路面性能指数包括，路面使用性能指数(PQI)、路面损坏状况指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)、路面车辙深度指数(RDI)、路面抗滑性能指数(SRI)及路面结构强度指数(PSSI)中的一个或多个指标。3.根据权利要求1所述的一种可持续的路网养护优化方法，步骤3，其特征在于，养护维修措施包括：灌缝、雾封层、碎石封层、微表处、薄层罩面、大修和改建。4.根据权利要求1所述的一种可持续的路网养护优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王端宜，史纪村，张少锦，邓志华，王勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，广州珠江黄埔大桥建设有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44